用于机动车的空气调节设备的制作方法

本发明涉及一种用于机动车的空气调节设备(Klimatisierungseinrichtung)，其包括

- 第一制冷剂回路(Kältemittelkreis)，其带有

• 用于压缩第一制冷剂的第一压缩机，

• 沿第一制冷剂流动方向后置于压缩机的且构造为空气/制冷剂-热传递件的第一热交换器，该第一热交换器可以由可导引到机动车的第一内部空间区域中的、第一内部空气流穿流，

• 沿第一制冷剂流动方向后置于第一热交换器且前置于压缩机的、可沿可调整的流动方向穿流的制冷剂子回路，该制冷剂子回路包括构造为空气/制冷剂-热传递件的且可由第一外部空气流穿流的第一外部交换器、构造为空气/制冷剂-热传递件的且可由第一内部空气流穿流的第一内部交换器以及布置在第一外部交换器与第一内部交换器之间的膨胀单元(Expansionsorgan)，和

• 布置在制冷剂子回路的在第一压缩机的输入侧通入的分支中的构造为冷却剂/制冷剂-热传递件的冷却器(Chiller)，另外的膨胀单元前置于该冷却器，

和

- 冷却剂回路，该冷却剂回路与机动车的电部件热联结，其中，冷却器在冷却剂侧是冷却剂回路的组成部分。

背景技术：

这类空气调节设备由文件DE 10 2011 109 055 A1已知。

在所使用的术语方面需要注意的是，概念“热交换器”、“外部交换器”、“内部交换器”和“冷却器”与更下面还使用的概念“联结冷凝器”相同是有意识地对于本领域而言外来地选择的概念，以便可以更可理解地参考在随后的描述的背景中对于相应的元件的参考。其技术特性，只要是对于本发明而言是相关的，尤其其作为热传递件的专门形式的设计和/或其在空气调节设备的总系统中的定位仅仅可以由本文中的相应的具体化来得知。概念“第一制冷剂流动方向”与更下面所使用的概念“第二制冷剂流动方向”相同应理解为对于第一制冷剂或第二制冷剂的流动方向的缩写。

已知的空气调节设备的制冷剂回路、也就是说此处被称为第一制冷剂回路的回路可以可选地在冷却模式中和在热泵模式中运行。在冷却模式中，压缩的制冷剂在作用为冷凝器的热交换器中预冷凝并且在第一外部交换器中经历进一步冷凝，该第一外部交换器作用为主冷凝器，其中，通过压缩而加热的制冷剂将热输出到第一外部空气流处，该第一外部空气流穿流第一外部交换器。经冷凝的制冷剂然后借助于膨胀单元卸压并且在第一内部交换器中蒸发，该第一内部交换器在该运行模式中作为蒸发器工作。在此，第一内部空气流穿流第一内部交换器并且将热输出到在该处蒸发的制冷剂处。以这种方式冷却的第一内部空气流然后如有可能在(部分地)穿流热交换器之后为了反加热(Gegenheizung，有时也称为相对加热)的目的导引到机动车-内部空间的第一区域中，以便根据使用者或自动空调装置(Klimaautomatik)的预设冷却该第一区域。与此相对，在热泵模式中，经压缩的并在热交换器中预冷凝的制冷剂直接地导引到第一内部交换器中，该第一内部交换器在该运行模式中作用为另外的冷凝器。在此，穿流该第一内部交换器的第一内部空气流被加热并且如有可能在通过(部分地)穿流第一热交换器进一步加热之后导引到机动车内部空间的第一区域中，以便根据使用者或自动空调装置的预设加热该第一区域。在第一内部交换器后方，制冷剂借助于膨胀单元来卸压并且在第一外部交换器中蒸发，该第一外部交换器在该运行模式中作用为蒸发器，其中，该制冷剂吸收来自第一外部空气流的热。另外，已知的空气调节设备的制冷剂回路包括此处被称为冷却器的冷却剂/制冷剂-热传递件，该冷却剂/制冷剂-热传递件布置在包括外部交换器和内部交换器的子回路的分支中并且根据需要可以利用制冷剂穿流。在上面所阐释的运行模式中的每个中，冷却器经由膨胀单元后置于分别作用为冷凝器的交换器并且作用为蒸发器。在其在冷却器中的蒸发中，制冷剂吸收来自经由冷却器热联结的冷却剂回路的热，该冷却剂回路本身基本上用于吸收来自机动车的电部件、如例如牵引电池或电驱动机组的热。

所吸收的热可以在冷却模式中经由第一外部交换器输出到周围环境处或在热泵模式中经由第一内部交换器输出到内部空间处，其中，在后面提及的情况下，可以观察到加热过程的效能提升(Effizienzsteigerung)。

为了舒适性改善在现代的机动车中常见的是，使不同的内部空间区域可基本上彼此独立地进行空气调节。从已知的空气调节设备出发，这可以以不同的、相近的方式来实现。由此，原则上已知的是，使制冷剂回路装备有两个用于两个不同的内部空间区域的内部交换器。为了对于内部空间区域中的每个确保完全的空气调节功能性，制冷剂回路必须(如上面所描述的)附加地也装备有另外的热交换器，从而在相同的制冷剂回路中必须存在总共五个空气/制冷剂-热传递件(由其中四个在不同的时间作为蒸发器或作为冷凝器运行)和一个冷却剂/制冷剂-热传递件作为冷却器。这在调节技术上几乎不可掌握。备选地，对于第二内部空间区域可以设置相同的第二制冷剂回路。然而，这意味着显著的仪器方面的耗费，该耗费在尽人皆知的受限制的机动车中的结构空间的情况下不可实现。尤其，对于车前部(Vorderwagen)中待定位的另外的外部交换器，在维持(经受考验的)容量尺寸的情况下几乎没有足够的结构空间供使用。

技术实现要素：

本发明的任务是，如此改进这种类型的空气调节设备，使得机动车的多个内部空间区域在没有过量的结构空间耗费的情况下可以单独地且彼此独立地进行空气调节。

该任务结合权利要求1的前序部分的特征通过如下方式来解决，即，冷却剂回路包括构造为空气/冷却剂-热传递件的、可由第二外部空气流穿流的第二外部交换器以及通过第二制冷剂回路来解决，该第二制冷剂回路可以独立于第一制冷剂回路运行并且包括

- 用于压缩第二制冷剂的第二压缩机，

- 沿第二制冷剂流动方向后置于第二压缩机的、构造为冷却剂/制冷剂-热传递件的联结冷凝器(Koppelkondensator)，

- 沿第二制冷剂流动方向后置于联结冷凝器的另外的膨胀单元，和

- 沿第二制冷剂流动方向后置于该膨胀单元的、构造为空气/制冷剂-热传递件的第二内部交换器，该第二内部交换器可以由可导引到机动车的第二内部空间区域中的第二内部空气流穿流，

其中，联结冷凝器在冷却剂侧是冷却剂回路的组成部分。

本发明的优选的实施方式是从属专利权利要求的对象。

本发明首先从冷却剂回路围绕特有的外部交换器的简单的扩展出发，如这对于本领域技术人员原则上是已知的那样，尤其从未热联结的制冷剂和冷却剂回路出发。

此时，本发明的核心构思在于，对于待空气调节的第二内部空间区域设置最小化的第二制冷剂回路。该第二制冷剂回路原则上可以减少到制冷剂回路的最少组成部分上、即一个压缩机、两个热传递件和一个膨胀单元。从热传递件中，一个热传递件始终作为蒸发器工作并且另一个热传递件作为冷凝器工作。第一热传递件构造为空气/制冷剂-热传递件并且用作为第二内部交换器，也就是说可以导引到第二内部空间区域的空气流的冷却。另一个热传递件构造为冷却剂/制冷剂-热传递件并且在冷却剂侧集成到冷却剂回路中。冷却剂回路的具体的设计在这一点上具有次要意义。更下面应讨论优选的设计方案。在本上下文中重要的仅仅是，冷却剂回路至少包括冷却器、第二制冷剂回路的此处被称为联结冷凝器且构造为冷却剂/制冷剂-热传递件的热传递件以及第二外部交换器，并且与机动车的电部件热联结。尤其，冷却剂回路可以用于电驱动机组的冷却和/或用于牵引电池和/或功率电子装置的温度调节(Temperierung)。第三外部交换器作为第二制冷剂回路的组成部分是不需要的。因此，在车前部中可供使用的结构空间可以以常见的方式由第一外部交换器和第二外部交换器利用。

当第二制冷剂回路在全负载下工作时，由空气调节设备的根据本发明的设计所得出的特别的优点可以利用在特别热的外部温度的极端情况下特别的明确性来阐释。全部的在第二制冷剂回路中积累的热经由联结冷凝器输出到冷却剂回路处并且可以经由第二外部交换器输出到周围环境处。然而，这在极端的运行条件下可以导致冷却剂回路中的不期望地高的温度。确定的由冷却剂剂回路进行温度调节的电子部件仅糟糕地经受住例如40°C以上的温度。然而，冷却器形成冷却剂回路的另外的接口，经由其可以将热输出到第一制冷剂回路处。第二制冷剂回路的热可以因此为了输出到周围环境处而分配到第一外部交换器和第二外部交换器上，从而在冷却剂回路内不发生过量的加热。

本发明的一个优选的实施方式的突出之处在于另外的冷却剂回路，该另外的冷却剂回路包括构造为空气/冷却剂-热传递件的且可由第二内部空气流穿流的第二热交换器。在该实施方式中，因此可空气调节的第二内部空间区域设有反加热设备(Gegenheizanlage)，通过第二内部空气流可以导引通过两个热传递件，所述热传递件根据需要可以对立地运行。然而，不同于在可空气调节的第一内部空间区域的情况下，此处热交换器不是制冷剂回路的组成部分，而是冷却剂回路的组成部分。在此，特别优选地，该冷却剂回路是冷却剂回路的可独立运行的第一冷却剂子回路。该第一冷却剂子回路因此可以流体导引地与其余冷却剂回路连接或可以与其连接，这尤其简化了总冷却剂系统的维护、填充和排空。当通过所提及的联结可以将热在第一冷却剂子回路与冷却剂回路的其余部分之间进行交换时，在调节技术上也得出更宽泛的变型范围。

如在可对立地运行的反加热设备中常见的是，在本发明的上下文中，优选地设置成，在空气侧在第二内部交换器与第二热交换器之间布置有可调节的空气导引器件，借助于所述空气导引器件可以将第二内部空气流以可调整的份额导引通过第二内部交换器和/或第二热交换器。由此可以将第二内部空气流的被导引通过一个、另一个或两个空气-热传递件的份额按照需要进行变化。

冷却剂回路的复杂性可以备选地或附加地以其它方式来提升。在本发明的一个优选的改进方案中设置成，第二外部交换器包括两个在空气侧依次连接的、分别构造为空气/冷却剂-热传递件的交换器元件。在此，两个单个的交换器元件可以关联于冷却剂-总系统的不同的子回路。由此，尤其可以设置成，交换器元件中的第一交换器元件在冷却剂侧是可独立运行的、包括联结冷凝器的第二冷却剂子回路的组成部分。该第二冷却剂子回路然后作为其主要任务满足本发明的上面所阐释的基本功能的一部分，即经由第二外部交换器来自第二制冷剂回路的热引出。

第二外部交换器的交换器元件中的第二交换器元件优选地在冷却剂侧是可独立运行的、包括至机动车的电部件中的至少一个的热联结的第三冷却剂子回路的组成部分。第三冷却剂子回路因此具有如下主要任务，对电部件进行温度调节。特有的冷却剂子回路的构造对此允许与其它的冷却剂子回路根据需要进行热交换；但是另一方面也可以实现独立于其它的子回路的调节，例如当其它的子回路已经在其极限下工作并且子回路的流体联结导致在电部件处的不合理地高的温度时。

冷却器优选地在冷却剂侧是可独立运行的、包括至机动车的电部件中的至少一个的热联结的第四冷却剂子回路的组成部分。这可以是相同的电部件(所述电部件也联接在第三冷却剂子回路处)、其它的电部件或搭接的一组电部件。此处，子回路-解决方案也用于在调节中的可选方案范围的扩展，从而根据需要要么可以在子回路之间交换热要么可以使子回路彼此独立地运行。

对于本领域技术人员理解的是，总冷却剂系统的成多个根据需要相互可以流体地连接或可以相互脱耦的冷却剂子回路的结构化设计(Strukturierung)在技术上可以通过控制阀的相应的布置来实现。各个控制阀的专门的设计方案或其在系统中的布置和其具体的控制策略显然取决于在具体的单个情况下的复杂性和调节策略。

在本发明的一个改进方案中设置成，至少一个冷却剂子回路包括电冷却剂加热装置。自然，冷却剂系统的主焦点针对确定的部件的冷却。然而可以设想若干情况，在其中需要部件的加热。作为示例，提到电机在非常冷的外部温度下的起动，在其之前例如牵引电池的预加热是有利的。因为在这样的情况下部分地来自制冷剂回路中的一个的热还未可供使用，在本发明的该改进方案中设置有电冷却剂-加热件(Kühlmittel-Aufheizung)。

附图说明

本发明的另外的特征和优点由随后的、专门的描述和附图得出。

其中：

图1示出根据本发明的用于机动车的空气调节设备的一个特别优选的实施方式的示意性的图示，

图2示出图1的空气调节设备，其中，强调第一冷却剂子回路，

图3示出图1的空气调节设备，其中，强调第二冷却剂子回路，

图4示出图1的空气调节设备，其中，强调第三冷却剂子回路，以及

图5示出图1的空气调节设备，其中，强调第四冷却剂子回路。

图中的相同的附图标记表示相同的或类似的元件。

具体实施方式

图1以强烈示意性的图示示出了根据本发明的空气调节设备10的一种特别优选的实施方式，其中，本领域技术人员由本发明的之前的阐释相比于随后的、专门的描述容易看出，所示出的元件中的哪些元件是对于本发明而言重要的以及哪些元件是可选的性质。

空气调节设备10的重要的组成部分是第一制冷剂回路100，该第一制冷剂回路具有压缩机102、第一热交换器104、第一内部交换器106和第一外部交换器108以及多个膨胀单元110。此外，第一制冷剂回路100包括汇集器112以及多个控制阀114。此外，制冷剂回路100在制冷剂侧包括冷却器401。

第一热交换器104、第一内部交换器106和第一外部交换器108分别构造为空气/制冷剂-热传递件，其中，第一外部交换器108可以由第一外部空气流116穿流。第一热交换器104和第一内部交换器106分别可以由第一内部空气流118穿流。该第一内部空气流可以借助于未示出的空气导引器件导引到机动车的同样未示出的第一内部空间区域中。在第一热交换器104与第一内部交换器106之间布置有可切换的空气导引器件120，利用所述空气导引器件可以调整第一内部空气流118的如下份额，该份额被导引通过两个热传递件104,106中的一个和/或另一个。在制冷剂侧由第一制冷剂回路包括的冷却器401构造为冷却剂/制冷剂-热传递件。更下面应还更详细地讨论其冷却剂侧的部分。

制冷剂回路100的基本功能对于本领域技术人员已知。在冷却运行中，在压缩机102中压缩的制冷剂在第一热交换器104中预冷凝并且在第一外部交换器108中进一步冷凝。然后，该制冷剂导引通过作为蒸发器运行的第一内部交换器106，其中，该制冷剂之前通过中间连接的膨胀阀110中的一个经历适当的卸压。接着，制冷剂经由汇集器112又供应给压缩机102的抽吸侧。然而也可行的是，在冷却运行中将在第一外部交换器108后方的制冷剂至少部分地导引经过同样作用为蒸发器的冷却器401。

在热泵模式中，在第一热交换器104后方的制冷剂流动到第一内部交换器106中，该第一内部交换器在这种情况下作用为另外的冷凝器。接着，制冷剂可以完全地或部分地经由第一外部交换器108和/或冷却器401(它们在该运行模式中两者都作为蒸发器运行)导引回到汇集器112并且导引回到压缩机102的抽吸侧。制冷剂的所需要的卸压经由中间连接的膨胀阀110来实现。

膨胀单元(此处具体地实现为膨胀阀110)的在所示出的实施方式中所选择的数量和布置已证明为特别高效的并且也允许在上面所阐释的运行模式之间的中间状态。

作为另外的重要的组成部分，空气调节设备10具有第二制冷剂回路200。该第二制冷剂回路在所示出的实施方式中基本上减少到其基础部件上，即第二压缩机202、第二内部交换器206、膨胀单元210和联结交换器402的制冷剂侧的部分。

第二内部交换器206、如同样第一内部交换器106构造为空气/制冷剂-热传递件，而联结交换器402、如同样冷却器401构造为冷却剂/制冷剂-热传递件。第二内部传递件206可以由第二内部空气流218穿流，该第二内部空气流可以经由未示出的空气导引器件导引到机动车的同样未示出的第二内部空间区域中。

第二制冷剂回路200基本上仅可以在冷却模式中运行，其中，在压缩机202中压缩的制冷剂在联结交换器402中冷凝、在卸压单元210中卸压并且在第二内部交换器206中蒸发。接着，该制冷剂经由第二汇集器212导引回到压缩机202的抽吸侧。

冷却剂/制冷剂-热传递件401,402的冷却剂侧是复杂的冷却剂回路300的组成部分，该冷却剂回路也包括构造为空气/冷却剂-热传递件的第二外部交换器308。该第二外部交换器可以由第二外部空气流316穿流并且在所示出的实施方式中由两个在空气侧依次连接的交换器元件组成。冷却剂回路300的另外的组成部分是不同的切换阀314、不同的冷却剂泵322、多个止回阀324和平衡容器326。此外，在所示出的实施方式中集成两个电冷却剂加热装置328。冷却剂回路300与机动车的电部件、尤其牵引电池330、功率电子装置332、充电器334和电机336处于热接触中。

在所示出的实施方式中，冷却剂回路包括第一冷却剂子回路300'。该第一冷却剂子回路在图2的图示中图形地强调，该图示此外示出与图1相同的空气调节设备10。第一冷却剂子回路300'基本上包括仅一个冷却剂泵322、可选的电冷却剂加热装置328以及构造为空气/冷却剂-热传递件的第二热交换器304。第二热交换器304(该第二热交换器在空气侧经由空气导引器件220后置于第二内部交换器206)可以由第二内部空气流218穿流并且通过与第二内部交换器206的对立的运行允许第二内部空间区域的非常精确的温度调节。备选地或附加地，也可以设置有用于第二内部空气流218的电空气加热装置，该电空气加热装置例如构造为空气-PTC-热传递件。第一冷却剂子回路300'的任务可以备选地由相对于其余冷却剂回路300完全无连接地构造的第二冷却剂回路来满足。然而在所示出的实施方式中，设置有流体的联结，该流体的联结虽然在第一冷却剂子回路300'的冷却剂泵322的运行中不导致与其余冷却剂回路300的显著的流体交换，然而能够实现两个系统组成部分的共同的填充和排空，这简化了其维护。

对于本领域技术人员而言，由至此的描述应已经变得明显的是，根据本发明的空气调节设备10以非常灵活的方式经由冷却剂回路300能够实现在一方面制冷剂回路100,200与另一方面冷却剂回路300之间的、或在制冷剂回路100,200彼此之间的热传递。以这种方式可以尤其将在第二制冷剂回路200中积累的热非常灵活地经由第一外部交换器108和/或经由第二外部交换器308输出到周围环境处，其中，调节可以始终如此实现，使得冷却剂回路300的温度敏感的区域不被过于强烈地加热。

图3重新示出图1的空气调节设备10，其中，冷却剂回路300的第二冷却剂子回路300''通过粗线-图示来表明。可以基本上独立地调节的该子回路首先用于将在联结交换器402中吸收的热经由第二外部交换器308的元件中的一个引出。看出如下，即，该子回路300''不具有与任何温度敏感的、电部件的直接的热联结。

图4重新示出图1的空气调节设备10，该空气调节设备带有通过粗线-图示表明的第三冷却剂子回路303'''，该第三冷却剂子回路同样可以基本上独立地调节并且首先用于经由第二外部交换器308的第二元件进行功率电子装置332、充电器334和电机336的热引出。

图5重新示出图1的空气调节设备10，该空气调节设备带有通过粗线-图示强调的第四冷却剂子回路300''''，该第四冷却剂子回路同样可以基本上独立地调节并且首先用于借助于冷却器401进行牵引电池330的温度调节。如开头所阐述的，冷却器不仅可以用作为蒸发器、也就是说起冷却作用，而且可以用作为冷凝器、也就是说起加热作用。此外，在第四子回路30''''中所包含的冷却剂加热装置328可以用作为附加的热源。

对于本领域技术人员而言理解的是，在复杂的且设有各种各样的控制可行性方案的冷却剂回路300中(如其在图中所示出的那样)，除了子回路的独立运行以外，其几乎任意的组合也是可行的，以便特别高效地将热从其积累所在处吸收并且导引到如下处，在该处所述热可以被需要或引出。在热分布中的这类效能管理尤其在仅仅或至少在显著规模下电运行的、不带有或仅带有内燃发动机(Verbrennungskraftmaschine)的小的热积累的机动车中在行程优化(Reichweitenoptimierung)方面是特别重要的。

自然，在专门的描述中讨论的且在图中示出的实施方式仅是本发明的说明性实施例。对于本领域技术人员而言，在此处的公开内容的范围内提供宽泛范围的变型可行性方案。

附图标记列表

10 空气调节设备

100 第一制冷剂回路

102 第一压缩机

104 第一热交换器

106 第一内部交换器

108 第一外部交换器

110 100中的膨胀阀

112 100中的汇集器

114 100中的控制阀

116 第一外部空气流

118 第一内部空气流

120 100中的空气导引器件

200 第二制冷剂回路

202 第二压缩机

206 第二内部交换器

210 200中的膨胀阀

212 200中的汇集器

300 冷却剂回路

300' 300的第一子回路

300'' 300的第二子回路

300''' 300的第三子回路

300'''' 300的第四子回路

308 第二外部交换器

314 300中的控制阀

316 第二外部空气流

322 冷却剂泵

324 止回阀

326 平衡容器

328 电冷却剂加热装置

330 牵引电池

332 功率电子装置

334 充电器

336 电机

401 冷却器

402 联结冷凝器。